3.3 系统设计的优化与实现 教学设计-2023-2024学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》

3.3 系统设计的优化与实现 【学科核心素养】 工程思维：通过对“校园物资运送智能车”的技术试验活动，发现有待完 善的问题，并运用系统原理和系统分析方法，进行简单的系统设计活动，尝试 解决技术问题。 创新设计：根据“校园物资运送智能车”的设计要求和现有的设备材料， 制定解决问题的一个或多个方案。 物化能力：对“校园物资运送智能车”的优化实践，培养学生的工程思维 和物化能力。 【课标内容要求】 1.通过技术探究，分析影响系统优化的因素。 2.通过对简单系统的设计实践，增强系统思考和工程思维的能力。 【教材分析】 本单元作为《技术与设计 2》的第三单元，研究的是系统及其设计，分成 “系统及其特性、系统分析与设计、系统设计的优化与实现”三部分， 3.3 系 统设计的优化与实现，主要从应用的角度阐明系统优化的意义，影响系统优化 的因素及系统设计的基本方法。 “3.3 系统设计的优化与实现”一节是以“物资运送智能车”的优化为情 景导入，学生在预先设定的设计要求的基础上，对多个方案进行比较和权衡， 探究影响系统优化的因素，并通过“学生物质运送智能小车”这一简单系统设 计方案的实现，学习系统设计的基本方法，增强系统与工程思维的能力。 【学情分析】 年龄特征：高中生好奇心强，乐于探索，具备一定的分析问题和解决问题 的能力。 已有知识：学生对系统的概念有基本的理解、但对系统的设计、分析、优 化缺少实践，他们对系统的理解大都停留在经验决策的水平上，不会运用系统 的思想与方法解决问题。 【教学目标】 1.阐明系统优化的意义，探究影响系统优化的因素； 2.能通对学生物质运送智能小车的优化，概述系统设计的基本方法，增强 系统创新设计与工程思维的能力。 【教学重点和难点】 教学重点：阐明系统优化的意义，理解系统优化的目标函数、影响因素、 约束条件。 1 学科网（北京）股份有限公司 教学难点：运用系统的思想对“校园物质运送智能车”进行优化，落实 “工程思维”的学科素养。 【课时安排】 本节课： 1 课时 【教学准备】 学案准备：教师设计的导学案； 教具准备：校园物资运送智能车模型； 材料准备：智能小车套件和制作辅材、工具等 。 【教学实施】 回顾大单元问题情境： “疫情期间， 为了尽量避免接触，家长不能进入校 园，看着返校日校门口同学们手上的大包、小包， 你是否想到尝试去设计一款 能帮助他们完成从校门口到宿舍楼进行物资运送的货物车，以减轻他们的负 担？” 项目主题：设计制作“校园物资运送智能车”模型。 在前面的教学中，同学们已经设计、组装完成了“校园物资运送智能车” 的模型，并对智能车进行了技术测试，现在我们通过视频观看测试效果： 播放：两组智能小车的技术测试过程。 通过测试发现每组小车模型都存在一些有待改进的地方，那么如何改进才 能使“智能车”在使用时达到最佳的效果呢？这就是我们今天要完成的项目活 动：校园物资运送智能车的优化。 设计意图：术测试环节，我通过视频展示小车测试过程，找到待解决的问 题，在此基础上以问题串和技术活动的形式完成项目教学。 任务一 设计系统优化方案 问题 1：根据小车模型的测试效果，观察本组小车模型还有哪些系统目标 没有很好的达成？ 活动 1：参考系统分析框图，完成导学案的相关问题。 2 学科网（北京）股份有限公司 问题 2：本组“小车模型 ”最需要优化的目标是什么？实现该目标的优化 与哪些要素有关？（以小组为单位，参考所给的案例，完成导学案相关内容）。 优化目标： 人为不可控要素 人为可控要素 教师分析： 优化目标：储物 人为不可控要素 材料的性能 约束条件 人为可控要素 储物盒的造型 影响因素 约束条件：对系统的目标函数起着限制作用，并且不能人为调节的因素。 影响因素：对系统的目标函数产生显著影响，并且可以人为调节的因素。 教师归纳：在约束条件的基础上，通过改变影响因素，即可实现系统的优 化。 系统的优化：在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采 取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。 由于不同的目标对应着不同的优化结果，所以每个小组选择不同的优化目 标就会有不同的优化方案。 活动 2：完成智能车模型的优化方案设计。（补充框图，可以借助草图、 文字等表达设计想法） ; 学科网（北京）股份有限公司 设计意图：发现问题环节，通过设计问题 1 和问题 2，并配合导学案 内容，找出本组小车模型需要优化的目标，并通过对人为可控因素及不可控因 素的分析，帮助学生理解本节课的教学重点。 问题 3：我们在解决原有问题的过程中有没有产生新的问题？该如何决策 和权衡呢？ 预设： 1、储物功能增加，承重子系统和动力子系统就会受影响。 2、智能系统增加，